高风险冠状动脉斑块特征与事件发生的蛋白质组学特征

《JACC: Basic to Translational Science》：Proteomic Signatures of High-Risk Coronary Plaque Features and Incident Events

　　

摘要：患有和不患有阻塞性冠状动脉疾病（oCAD）的患者经历异质性心血管风险，且冠状动脉计算机断层扫描血管造影（CCTA）高风险斑块特征并非普遍可及。本研究评估了循环蛋白质组学特征是否能阐明斑块生物学并改善风险评估。研究人员在PROMISE（N=1,724）中对572种蛋白质进行了蛋白质组学分析，并在Dan-NICAD（N=2,743）和UK Biobank（N=53,018）中进行了验证。高风险复合表型（HRCP）结合了oCAD、高狭窄或斑块负荷、高冠状动脉钙化和高风险斑块特征。37种蛋白质与HRCP独立相关，并映射到炎症、代谢和蛋白水解途径；其中7种也与主要不良心血管事件（MACE）相关，包括脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase）和组织蛋白酶D（cathepsin D）。虽然37种蛋白质评分在临床因素之外增加的区分度很小，但它改善了重分类（净重分类指数=0.13，P<0.001），表明蛋白质组学特征可能补充临床模型，同时阐明疾病生物学并强调组织蛋白酶D作为潜在治疗靶点。

**论文解读：高风险冠状动脉斑块特征与事件发生的蛋白质组学特征**

**研究背景与问题**
心血管疾病是全球发病率和死亡率的主要原因，冠状动脉疾病（coronary artery disease, CAD）给患者和医疗系统带来沉重负担。当前治疗指南基于阻塞性CAD（obstructive CAD, oCAD）的负荷制定建议，但CAD严重程度与心血管事件风险之间存在显著异质性。心血管事件可发生在无oCAD的患者中，包括三分之二的稳定型心绞痛患者和超过10%的非ST段抬高型急性冠状动脉综合征患者。这种异质性部分可由斑块特征的差异解释，如薄纤维帽或高斑块负荷等高风险斑块（high-risk plaque, HRP）特征与复发性心血管事件风险升高相关。通过冠状动脉计算机断层扫描血管造影（coronary computed tomography angiography, CCTA）进行无创HRP表型分析已成为有前景的风险评估工具，但驱动高风险斑块形成和破裂的分子机制仍知之甚少。尽管蛋白质组学等分子组学技术为理解CAD提供了新途径，但很少有研究将全面的蛋白质组学与高分辨率冠状动脉斑块成像相结合。因此，本研究旨在通过整合CCTA表型与蛋白质组学，识别与高风险斑块特征和事件相关的循环生物标志物，并探索其潜在治疗靶点。

**研究内容与结论**
研究人员在低至中等风险的有症状患者中开展了一项全面的蛋白质组学分析，利用PROMISE（PROspective Multicenter Imaging Study for Evaluation）和Dan-NICAD（Danish study of Non-Invasive testing in Coronary Artery Disease）两个大型临床研究，以及UK Biobank（UKB）人群队列，鉴定与高风险复合表型（high-risk composite phenotype, HRCP）和主要不良心血管事件（major adverse cardiovascular events, MACE）相关的蛋白质标志物。研究发现，37种蛋白质与HRCP独立相关，其中7种同时与MACE显著相关，包括脂蛋白脂肪酶（LPL）、组织蛋白酶D（CTSD）等。虽然37种蛋白质评分在临床模型基础上仅小幅提升区分度（AUC增加0.02），但显著改善了重分类（净重分类指数NRI=0.13，P<0.001），表明蛋白质组学特征可补充临床模型。孟德尔随机化分析为CTSD作为CAD的因果治疗靶点提供了证据。该研究发表在《JACC: Basic to Translational Science》。

**主要关键技术方法**
研究人员在PROMISE队列（n=1,724）中利用Olink Target 96 panels对572种蛋白质进行血浆蛋白质组学分析，使用逻辑回归和Cox比例风险模型评估蛋白质与HRCP及MACE的关联，并通过弹性网络惩罚回归（elastic net）构建蛋白质评分。在Dan-NICAD队列（n=2,743）和UKB（n=53,018）中进行验证，其中UKB因无CCTA成像而以流行CAD为结局。采用双样本顺式孟德尔随机化（cis-Mendelian randomization）利用蛋白质数量性状位点（pQTLs）推断因果关系。通过K-means聚类对临床变量进行表型聚类分析。

**研究结果**
**基线特征**：PROMISE分析集（n=1,724）平均年龄60.2岁，52.8%为女性，87.2%为白种人。在1,417名可定义HRCP的参与者中，822人（58.0%）为HRCP病例，HRCP患者年龄更大、男性更多、糖尿病和吸烟比例更高。HRCP与MACE显著相关（调整后HR=3.22，P=0.007）。

**PROMISE中与HRCP相关的蛋白质**：单变量分析中114种蛋白质与HRCP显著相关（FDR q<0.05），多变量分析后37种蛋白质仍显著（P<0.05），包括代谢调节蛋白（GDF-15、FGF21、LPL、PON3）、蛋白质降解相关蛋白（CTSD、CTRC）和炎症蛋白（CCL20、IL8、TNFSF11等）。Leaman评分是蛋白质关联的主要驱动因素。

**蛋白质与MACE的关联**：37种HRCP相关蛋白中，7种与MACE显著相关（q<0.05）。较高的LPL和SCF水平具有保护作用（aHR分别为0.5和0.5），而较高的MMP12、CDHR2、CTSD、GDF-15和ACE2水平与风险增加相关（aHR分别为1.5、1.5、1.9、1.7、1.8）。所有蛋白的关联方向在HRCP和MACE分析中一致。

**基因集富集分析（GSEA）**：与HRCP相关的通路包括“肾素-血管紧张素系统”（P=0.001）、“神经活性配体-受体相互作用”（P=0.002）、“细胞因子-细胞因子受体相互作用”（P=0.024）等。

**孟德尔随机化**：在29种具有pQTL的蛋白质中，MLN、MMP12和CTSD通过逆方差加权法显示显著因果关联，但只有CTSD在稳健的孟德尔随机化-Egger分析中仍显著，提示其为CAD因果通路中的蛋白。

**表型聚类**：K-means聚类将PROMISE参与者分为3个簇。簇3（最代谢健康）HRCP患病率最低（43.0%），LPL和SCF水平最高，而正向关联MACE的蛋白（CDHR2、CTSD、GDF-15、ACE2）水平最低。簇2（最代谢不健康）HRP发生率最高。

**蛋白质评分**：弹性网络模型得出的蛋白质评分与HRCP显著相关（aOR=2.9/1 SD增加，P<0.001），并与MACE相关（aHR=2.7/1 SD增加，P<0.001）。将蛋白质评分加入临床模型后，AUC从0.77增至0.79（P<0.001），但临床意义有限；然而重分类改善显著（NRI=0.13，IDI=0.04，均P<0.001）。

**Dan-NICAD验证**：37种蛋白中30种（81%）在单变量分析中验证，10种（包括CTSD、GDF-15、MMP12、SCF）在多变量分析中仍显著。蛋白质评分与HRCP显著相关（aOR=1.3，P<0.001），AUC为0.71；加入临床模型后AUC从0.80增至0.81（P=0.011）。

**UK Biobank验证**：37种蛋白全部与流行CAD显著相关（单变量q<0.05），24种在多变量分析中仍显著。9种蛋白（包括CTSD、GDF-15、MMP12、SCF等）在Dan-NICAD和UKB中均验证。蛋白质评分与流行CAD（aOR=1.9）和事件CAD（aHR=1.61）均显著相关。在无CAD的50,450名参与者中，4,342人（8.6%）在中位13.2年随访期间发生CAD，36种蛋白与事件CAD相关，26种多变量显著。

**高风险斑块特异性蛋白**：探索性分析中，仅VAT1与HRP在多变量中显著关联，但排除oCAD患者后不再显著。

**讨论与结论**
通过整合CCTA表型与蛋白质组学，研究人员在三个大型队列中鉴定出与动脉粥样硬化成像特征相关的循环生物标志物。37种蛋白质的风险评分与HRCP和MACE相关，这些蛋白涉及炎症、代谢调节、蛋白质降解、细胞黏附和细胞外基质重塑等通路。尽管蛋白质评分在区分度上提升有限，但显著改善了重分类，表明其可补充临床模型。9种蛋白（CNTN1、CTSD、EGFR、GDF-15、MFGE8、MMP12、SCF、SPINK1、TNFSF11）在三个队列中一致关联，其中多数具有已知的动脉粥样硬化关联。CTSD因在三个队列中均与HRCP相关、与MACE风险增加相关以及在孟德尔随机化中显示因果作用，成为突出的候选治疗靶点。研究结论：虽然未发现具有临床区分效用的蛋白质，但结果有力地揭示了CAD和HRCP的新型通路和标志物，帮助定义分子表型，并与未来心血管事件相关；CTSD作为潜在可药物治疗的靶点值得进一步研究。